Zastosowanie szkła

Szkło dzięki swoim cechom znajduje zastosowanie we wszystkich dziedzinach życia. Jest ono stosowane jako:

• optyczne - pryzmaty, soczewki czyli specjalnie uformowane kawałki szkła
• okienne - szyby okienne
• laboratoryjne - sprzęt laboratoryjny
• budowlane - wata szklana, płyty wykładzinowe, izolacja cieplna
• stołowe - kieliszki, szklanki, wazony, talerze, ozdobne dzbanki
• elektroniczne - żarówki, izolatory
• butelkowe - butelki
• na opakowania - słoiki i inne szklane opakowania, przydatne w różnych dziedzinach życia

Tworzywa sztuczne wzmacnia się włóknami ze szkła. Powstaje wtedy materiał zwany kompozytem, stosowany do budowy karoserii samochodów.

Właściwości szkła

Najważniejsze właściwości szkła to:

·        jest substancja bezpostaciową, tzn. nie ma uporządkowanej budowy wewnętrznej
·        nie posiada stałej temperatury topnienia
·        materiał izotropowy
·        słabo przewodzi prąd elektryczny
·        materiał o dużej odporności chemicznej (nie jest jednak odporny na działanie kwasu fluorowodorowego)
·        dobrze przepuszcza promienie widzialne
·        ma twardą powierzchnię, która nie reaguje z większością chemikaliów
·        twardość szkła w skali Mohsa (dziesięciostopniowej skali twardości minerałów charakteryzującą odporność na zarysowania materiałów twardszych przez materiały bardziej miękkie) - 5–7
·        gęstość szkła budowlanego - 2400–2600 kg/m³
·        posiada dużą wytrzymałość na ściskanie, jednak niewielką na zginanie
·        w wysokiej temperaturze mięknie (można wtedy zmieniać jego kształt)
·        po zanurzeniu gorącego szkła w zimnej wodzie pęka ono na drobne kawałki.

Właściwości szkła zależą od sposobu jego produkcji oraz składu, zawartość np.: 

-boru - poprawia odporność termiczną i optyczną szkła

-glinu - zwiększa jego twardość

-ołowiu - polepsza właściwości optyczne (np. szkło ołowiowe na fotografii poniżej).

Szkło jest zazwyczaj przezroczyste, może jednak przybierać różne barwy, w zależności od substancji dodanych do stopionej masy szklanej. I tak właśnie szkło może być: Fioletowe (przez dodatek związków manganu i niklu);

      Niebieskie (przez dodatek związków kobaltu i miedzi);

Zielone (przez dodatek związków żelaza i chromu);

Czerwone (przez dodatek selenu, miedzi i złota).

Rodzaje szkła

Szkło optyczne

- Szkło sodowe (zwykłe) - zawiera Na₂O, CaO, SiO₂, charakteryzuje się niską temperaturą topnienia. Używane jest do wyrobu przedmiotów codziennego użytku, naczyń, szyb.

- Szkło potasowe - zawiera K₂O, CaO, SiO₂, jest trudno topliwe, służy do wyrobu naczyń laboratoryjnych.

- Szkło kwarcowe - zawiera SiO₂, jest trudno topliwe i odporne na zmiany temperatury. Służy do wyrobu elementów sprzętu optycznego, lamp kwarcowych.

- Szkło ołowiowe - zawiera PbO, SiO₂, K₂O, jest łatwo topliwe, ma duży współczynnik załamania światła. Służy do wyrobu soczewek i kryształów

Szkło budowlane  

Dobór odpowiedniego szkła lub kombinacji różnych rodzajów szkła może przesądzić o powodzeniu inwestycji.

- Szkło odprężone - odprężanie stanowi nieodłączny element procesu produkcji szkła typu float i polega na jego kontrolowanym chłodzeniu, w celu zapobiegania ewentualnemu powstaniu naprężeń szczątkowych. Szkło odprężone nadaje się do cięcia, obróbki mechanicznej, wiercenia, krawędziowania i polerowania.

- Szkło wzmacniane termicznie - produkowane jest w procesie nagrzewania oraz chłodzenia odprężonego szkła float i jest zasadniczo dwukrotnie bardziej wytrzymałe niż szkło odprężone o tej samej grubości i konfiguracji. Charakteryzuje się ono większą odpornością na obciążenia termiczne niż szkło odprężone, a gdy w trakcie eksploatacji ulegnie stłuczeniu, jego odłamki będą większe niż w przypadku stłuczenia szkła hartowanego. Szkło wzmacniane termicznie nie jest bezpiecznym produktem szklanym w rozumieniu europejskich przepisów i norm budowlanych. Ten rodzaj szkła jest stosowany do przeszkleń ogólnego przeznaczenia, które muszą być dodatkowo wytrzymałe, by stawić opór obciążeniu wiatrowemu i naprężeniom cieplnym.

- Szkło hartowane termicznie - jest około cztery razy bardziej wytrzymałe niż szkło odprężone o tej samej grubości i konfiguracji. W przypadku rozbicia rozpadnie się ono na wiele małych kawałków, z którymi wiąże się mniejsze prawdopodobieństwo poważnego pokaleczenia. Typowa procedura produkcji szkła hartowanego termicznie polega na podgrzaniu szkła do temperatury ponad 600 stopni Celsjusza, a następnie na szybkim jego schłodzeniu. Szkło hartowane często określa się mianem „szkła bezpiecznego”, ponieważ spełnia ono wymagania różnych europejskich przepisów i norm budowlanych wyznaczających standardy dla szkła bezpiecznego.

- Szyba zespolona - zbudowana jest z dwóch lub większej ilości szyb stanowiących jedną całość, których krawędzie na całym obwodzie są połączone i uszczelnione. Szyby okienne, potocznie nazywane „szybami zespolonymi”, stanowią najskuteczniejszą metodę ograniczania przepływu ciepła przez przeszklenie.

Szkło laboratoryjne

Podstawową cechą szkła stosowanego w laboratorium jest odporność na wysoką temperaturę, substancje chemiczne.

- Zlewki - wyróżniamy zlewki o pojemności 50ml, 100ml, 250ml, 1000ml.          Większość zlewek jest z wylewem o wąskich podstawach.

- Krystalizatory - charakteryzują się szeroka podstawa. Są niskie najczęściej z wylewem.  

- Bagietki szklane - szklane pręciki, które są wykorzystywane do mieszania substancji.  

- Cylindry miarowe - naczynia wysokie i wąskie. Odznaczają się dużą dokładnością. Większość cylindrów zakończona jest wylewem. Cylindry, które nie są zakończone wylewem mają korek z szklanym szlifem.

- Kolby - naczynia, które mogą przyjmować bardzo różnorodne kształty. Różnią się pomiędzy sobą także pojemnością. Najczęściej stosowane są: kolby stożkowe, kolby kuliste okrągłodenne z jedną lub z kilkoma szyjkami, kolby miarowe, kolby ssawkowe (próżniowe).

- Lejek - zbudowane z prostej szyjki, która się rozszerza ku górze tworząc pojemniczek. Lejki mogą być zbudowane z różnorodnego tworzywa. Są lejki zbudowane ze szkła, porcelany, plastiku. Długa szyjka jest ścięta na dole, aby spadająca ciecz spływała po ściankach naczynia. Możemy wyróżnić lejki: proste, sitowe, analityczne, ze spiekanym dnem.

- Szkiełka zegarkowe – owalne i zagłębione.

- Chłodnica - zbudowana jest z prostej, kulkowej lub spiralnej rury w której płynie substancja przeznaczona do skroplenia. Rura otulona jest płaszczem w którym płynie ciecz chłodząca (najczęściej zimna woda). Najbardziej popularne są chłodnice z dwoma szlifami. Wyróżniamy następujące rodzaje chłodnic:chłodnica kulowa, chłodnica powietrzna, chłodnica intensywna, chłodnica spiralna, chłodnica Dimrotha, chłodnica Liebiga, chłodnica destylacyjna.

- Wkraplacz - składa się z korka, pojemnika na ciecz i długiej prostej rurki z kranikiem.

- Rozdzielacz - przy zakręconym dolnym kraniku wlewamy ciecz przez górny otwór. Po rozdzieleniu się cieczy, dolna warstwę oddzielamy od górnej poprzez odkręcenie dolnego kranika.

- Pipeta – na każdej pipecie jest miarka, za pomocą której określamy ilość wkraplanej substancji. Pipetę tworzy długa szklana rurka, która na dole się przewęża.

- Butelka szklana - szyjka z szlifem może być szeroka (w takich butelkach przechowywane są substancje stałe) lub wąska (w takich butelkach przechowywane są substancje ciekłe).

- Sitko

- Parowniczki - odporne na bardzo wysoka temperaturę. Zbudowane są z porcelany.

- Moździerz - składa się z pistla i miseczki. Moździerze najczęściej są wykonywane z porcelany lub miedzi.

- Termometr laboratoryjny

- Nasadka soxhleta - wchodzi w skład aparatu soxhleta. Aparat ten jest wykorzystywany do ekstrahowania substancji z organizmów roślinnych. Oprócz nasadki w skład aparatu soxhleta wchodzą: kolba, chłodnica zwrotna. Do kolby wlewamy rozpuszczalnik, w nasadce soxhleta jest bibuła filtracyjna i substancja ekstrahowana. Kolbe zawierającą rozpuszczalnik podgrzewamy, rozpuszczalnik skrapla się i po nasadce soxhleta i substancje ekstrahowaną wraca do kolby.

- Areometr - pod względem wyglądu przypomina termometr.

- Nasadka azeotropowa - posiadają kranik i nasadki azeotropowe bez kranika. Nasadka połączona jest z kolbą i chłodnicą zwrotną.

- Nasadka destylacyjna - łączą ze sobą: kolbę, termometr, chłodnicę. Wyróżniamy nasadki destylacyjne zwykłe i nasadki destylacyjne Claisena.

- Szalka Petriego - Możemy na nich ważyć substancje, mieszać, przykrywać inne naczynia szklane (np. zlewki).

- Kraniki - są nakładane na szlif.

Szkło ceramiczne 

Szkło ceramiczne (szklano-ceramiczne) - używane głównie jako szkło kominkowe i w kuchenkach elektrycznych. Jego odporność temperaturowa sięga 750 °C. Ma bardzo mały współczynnik rozszerzalności cieplnej, skąd wynika wysoka odporność na szok termiczny.

Szkło artystyczne 

Wyroby szklane indywidualnie ukształtowane i zdobione. Szkło artystyczne kształtuje się na gorąco z masy płynnej i metoda obróbki ręcznej. Dekorowane emaliami, złoceniami, szlifowaniem.

Jak powstaje szkło?

Zanim przejdzie się do procesu wytwarzania szkła trzeba przygotować potrzebne do tego surowce, które następnie poddane będą obróbce termicznej. Odpowiednio dobrana mieszanina piasku, sody i wapnia w wyliczonych proporcjach tworzą zestaw szklarski. Z którego po podgrzaniu do 1500˚C (w specjalnych piecach szklarskich, wyłożonych ogniotrwałą gliną) otrzymuje się szkło. 

 

 

Do szkła dodaje się tlenek ołowiu aby jego masa była krystaliczna. Roztopione szkło stygnie powoli, dopiero po pewnym czasie gdy staje się lepkie jest gotowe do formowania ręcznego, w maszynach odlewniczych lub do walcowania w tafle. Stopione szkło wyciąga się z pieca metalowym prętem.

 

 

Później przechodzi ono przez prasę tak długo aż uformują się płaskie tafle. Szkło zostaje spłaszczone  w procesie walcowania. Otrzymane tafle są następnie obustronnie szlifowane i polerowane przez maszynę. Podczas produkcji słoików, szklanek, wazonów itp. roztopione szkło wpuszcza się do maszyn formierskich, gdzie sprężone powietrze wydyma ich kształt zgodnie z formą modelową.

 

 

Bardziej złożone kształty wykonuje się modelując osobno każdą z połówek a potem łącząc je, kiedy są jeszcze gorące. Przedmioty poddaje się dodatkowej obróbce. Wyroby stygną w specjalnym piecu zwanym odprężarką. 

 

 

Po tym zabiegu przedmioty podlegają zdobieniu, polegającym na wycinaniu szlifów. Szkło może zostać teraz poddane piaskowaniu. Kolejnym etapem jest uszlachetnianie. Wyroby ze szkła kryształowego oraz szkła użytkowego wyjęte z odprężarki poddaje się procesowi, dzięki któremu stają się one jeszcze bardziej błyszczące i estetyczne. Proces ten polega na zanurzaniu produktów szklanych w specjalnym kwasie, który nadaję im piękny połysk.

Co to jest szkło?

Jest bezpostaciowym materiałem. Do jego produkcji wykorzystuje się następujące surowce: piasek, węglan sodu i węglan wapnia. Głównym składnikiem szkła jest tlenek krzemu(IV), jednak różni się ono budową od kwarcu.

Rozmieszczenie atomów szkła przypomina położenie drobin w cieczy, lecz nie mają one (charakterystycznej dla cieczy) możliwości swobodnego przemieszczenia się z powodu zbyt dużej lepkości szkła. 

Nie ma ściśle określonej temperatury topnienia. Podczas ogrzewania szkło przechodzi w stan ciekły w sposób ciągły i można nadać mu dowolne kształty.